(57)【要約】【課題】  ２重管型のメタルハライドランプにおいて、封止部のクラックを抑制する。【解決手段】本発明の２重管型メタルハライドランプは、内部に放電媒体が封入された発光管部１１を有する透光性の気密容器１の外側に、少なくとも発光管部１１を包囲するように透光性の外管が配設された２重管型メタルハライドランプであり、気密容器１と外管７とは、互いの一部分を溶解することによって接合され、かつ気密容器１の熱膨張係数ａ１と外管７の熱膨張係数ａ２との関係は、１．２５≦ａ２／ａ１≦１．５５である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電媒体が封入された発光管部を有する透光性の気密容器の外側に、少なくとも発光管部を包囲するように透光性の外管が配設された２重管型メタルハライドランプにおいて、
前記気密容器と前記外管とは、互いの一部分を溶解することによって接合されており、前記気密容器の熱膨張係数ａ１と前記外管の熱膨張係数ａ２との関係が、１．２５≦ａ２／ａ１≦１．５５であることを特徴とする２重管型メタルハライドランプ。
【請求項２】
点灯中の前記発光管部と前記外管との温度差が２５０℃以上、４５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の２重管型メタルハライドランプ。
【請求項３】
前記放電媒体には、水銀は本質的に含まれていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２重管型メタルハライドランプ。
【請求項４】
前記外管には、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、ＢａＯのうち少なくとも一種または複数の金属酸化物が添加されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の２重管型メタルハライドランプ。
【請求項５】
前記気密容器と前記外管との間に形成される空間は、ガスが封入された状態または真空状態であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の２重管型メタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の前照灯等に使用される２重管型メタルハライドランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筒状のガラス管の内部に、一対の電極を有する発光管をガラス管に同軸的に設けるとともに、発光管の両側にリング状の支持部材をそれぞれ設け、ガラス管と支持部材とを溶着することにより、発光管とガラス管とを一体化し、発光管と支持部材との熱膨張係数、およびガラス管と支持部材との熱膨張係数の各々の差は１０×１０−７／℃以下とする放電ランプの発明がある。すなわち、従来は内部の発光管と、外部のガラス管との接続には、他の部材を用いて行なわれていた。（例えば、特許文献１）
これに対して、現在では、内側の発光管と外側のガラス管を接続する際は、外側のガラス管の端部を内側の気密容器の封止部に、例えばシュリンクシールすることにより、他の部材を介在することなく、強固な一体接続を行なう方法が一般に用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７８５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この他の部材を介在することなく、内外のガラス管を一体的に接続する２重管のメタルハライドランプにおいて、電極等を封着している封止部部分に入るクラックが問題となっている。そこで、このクラックに対して本発明者等が様々な検証を行なった結果、クラックの発生には封止部と外管の熱膨張係数が関係していることを見出し、提案するに至った。
【０００５】
なお、上記特許文献１に記載の放電ランプでは、ガラス管と支持部材との間の熱歪によるクラックの記載があるが、本発明のクラックは、内外のガラス管が溶かし込まれるような強固な接続がされた構成のランプにおいて初めて生じる課題であるため、特許文献１とは相違する発明である。
【０００６】
本発明は、封止部にクラックが生じにくい２重管型メタルハライドランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の２重管型メタルハライドランプは、内部に放電媒体が封入された発光管部を有する透光性の気密容器の外側に、少なくとも発光管部を包囲するように透光性の外管が配設された２重管型メタルハライドランプにおいて、前記気密容器と前記外管とは、互いの一部分を溶解することによって接合され、かつ前記気密容器の熱膨張係数ａ１と前記外管の熱膨張係数ａ２との関係は、１．２５≦ａ２／ａ１≦１．５５であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、２重管型のメタルハライドランプにおいて、封止部のクラックを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態の２重管型メタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の２重管型メタルハライドランプの第１の実施の形態について説明するための全体図、図２は本発明の気密容器と外管との接合関係について説明するための図である。
【００１０】
気密容器１は、例えば、耐火性で透光性の石英ガラス管からなり、管軸の略中央部に位置し、軸方向の形状が略楕円形の発光管部１１と、その両端部に位置する板状の封止部１２１、１２２とで構成されている。発光管部１１の内部には、軸方向の形状が略円筒状の放電空間１３が形成されており、放電空間１３には、主として金属ハロゲン化物のヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、および希ガスのキセノンが放電媒体として封入されている。なお、放電空間１３の内容積は０．１ｃｃ以下とされるが、自動車用として構成する場合には、０．０１ｃｃ〜０．０３ｃｃであるのが望ましい。
【００１１】
封入された放電媒体について説明すると、ヨウ化ナトリウムに含有されている金属ナトリウムおよびヨウ化スカンジウムに含有されている金属スカンジウムは、主に発光金属として作用し、ヨウ化亜鉛に含まれている金属亜鉛は、主に水銀に代わるランプ電圧形成媒体として作用する。また、これらの金属ハロゲン化物の他に、セシウムの金属ハロゲン化物やインジウムの金属ハロゲン化物、スズのハロゲン化物等を付加しても構わない。なお、これらの金属は、ハロゲン化物の中で反応性が低いヨウ素と結合されるのが好適であるが、臭素や塩素などの他のハロゲン化物を使用したり、複数のハロゲン化物を組み合わせて使用したりしてもよい。また、希ガスのキセノンは、始動直後の発光効率が高いため、主に始動ガスとして作用する。
【００１２】
なお、放電空間１３には、本質的に水銀は含まれていない。この「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または１ｃｃあたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量が存在していても許容するという意味である。この量は、従来のショートアーク形の水銀入りメタルハライドランプに封入されていた１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇの水銀量（場合によっては５０ｍｇ以上封入されることもある）と比較すれば、本実施の形態のメタルハライドランプで許容する２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少なく、本質的に水銀が含まれないと言えるからである。
【００１３】
封止部１２１、１２２の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔２１、２２が、その平坦面が封止部１２１、１２２の平坦面と平行するように封止されている。金属箔２１、２２の一端には、例えば、酸化トリウムを混合したタングステン金属からなる電極３１、３２が、溶接によって接続されている。なお、電極３１、３２は、先端側が基端側よりも大径に形成された段付きの形状となっており、その大径の先端側は、放電空間１３内で所定の電極間距離を保って、互いの先端同士が対向するように配置されている。ここで、上記「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。
【００１４】
金属箔２１、２２の他端には、例えば、モリブデンからなる外部リード線４１、４２の一端が溶接等により接続されている。外部リード線４１、４２の他端側は、封止部１２１、１２２の外部に延出しており、封止部１２２の外部方向に延出した外部リード線４２には、Ｌ字状に形成された給電端子５の一端が接続されている。そして、給電端子５の一部には、外部リード線４２部分の電位が影響を与えないように、セラミック等からなる絶縁チューブ６が被覆されている。
【００１５】
これらを備えた気密容器１の外側には、筒状の外管７がその長手方向に沿って少なくとも発光管部１１、望ましくは気密容器１の大部分を覆うように設けられている。この外管７と気密容器１とは、封止部１２１、１２２の管軸方向外側のガラス管部分において、互いの一部分を溶解、接合することによって外管７の両端部分に形成される接合部７１、７２によって接続されている。なお、この接合部７１、７２の接合状態は、図面に示すように互いの境界が確認できない程度に、気密容器１のガラスと外管７のガラスがほぼ完全に混ざり合っている状態である。このような接合状態を形成するには、気密容器１と外管７とを接触させたあと、加熱してお互いを融合させればよい。
【００１６】
なお、外管７は、石英ガラスにＴｉＯ２（酸化チタン）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、Ｋ２Ｏ（酸化カリウム）、ＢａＯ（酸化バリウム）の少なくとも一種、または複数の金属酸化物を添加することにより、透光性かつ紫外線遮断性を有するように形成されている。すなわち、気密容器１と外管７とは、互いに熱膨張係数の異なる材料で構成されており、本発明では気密容器１の熱膨張係数ａ１、外管７の熱膨張係数ａ２とすると、ａ２／ａ１の関係は、１．２５≦ａ２／ａ１≦１．５５となるように構成されている。この各熱膨張係数の比であるａ２／ａ１の値は、外管７に添加するＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、ＢａＯの添加量、添加バランス等を変え、熱膨張係数ａ２を変化させることで増減させることができる。
【００１７】
また、外管７と気密容器１により密閉された空間７３は、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスが封入されたり、真空雰囲気にすることができる。これらの構成にすることにより、寿命特性に影響を与えると考えられている水分を含みにくくすることができる。また、空間７３をアルゴン雰囲気や真空のように熱伝導率が低い雰囲気としたときは、発光管部１１の温度が高く保たれるため、発光効率を向上させることができる。
【００１８】
気密容器１を内部に覆った状態の外管７の封止部１２１側には、ソケット８が外管７の外周面に取着された固定金属具９により、接続されている。このソケット８の端部には、点灯回路からの電力を供給するための金属端子８１がその外周面に沿って形成されており、金属端子８１は外部リード線４２に給電端子５を介して電気的に接続されている。また、図示していないが、外部リード線４１側と電気的に接続される他方の端子は、ソケット８の底部部分に形成されている。
【００１９】
これらで構成された２重管型メタルハライドランプは、安定時は約３５Ｗ、始動時は光束の立ち上がりを早めるために安定時の約２倍の電力の約７５Ｗで点灯される。
【００２０】
図３は、図１の２重管型メタルハライドランプの仕様等について説明するための拡大図である。放電空間１３の体積は０．０３ｃｃ、発光管部１１の内径Ａは２．６ｍｍ、外径Ｂは６．２ｍｍ、長手方向の最大長Ｃは７．８ｍｍ、電極間距離Ｄは４．２ｍｍである。電極３１、３２の大径部分の直径は０．３８ｍｍ、小径部分の直径は０．３０ｍｍ、外部リード線４１、４２の直径は０．４０ｍｍである。発光管部１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化スカンジウムが０．２３ｍｇ、ヨウ化ナトリウムが０．３７ｍｇ、ヨウ化亜鉛が０．０９ｍｇ、臭化インジウムが０．００１ｍｇ、ヨウ化セシウムが０．００８ｍｇ、希ガスであるキセノンが１０ａｔｍそれぞれ封入されており、水銀は一切含まれていない。また、空間７３には、不活性ガスのアルゴンが０．７ａｔｍ封入されている。
【００２１】
図４は、図３のランプ仕様において、封止部と外管の熱膨張係数の比ａ２／ａ１を変化させたときの点灯時の伸び量の差を説明するための図である。ここで、図中の縦軸における＋方向は気密容器の方が外管よりも伸びている状態を示し、−方向はその反対の状態を示している。なお、熱膨張係数の比ａ２／ａ１は、それぞれのガラスの温度が５００℃のときの熱膨張係数で計算したものである。
【００２２】
図４から伸び量の差が０であるのは、ａ２／ａ１が約１．４１のときであり、その前後では、封止部または外管の何れかの方が伸びた状態になることがわかる。なお、封止部と外管の材料が同じ、すなわちａ２／ａ１＝１の場合では、外管７に対して気密容器１の方が大きく伸張しており、好適な条件でないこともわかる。
【００２３】
上記のように、ａ２／ａ１＝１が最も良い条件ではなく、封止部１２１、１２２と外管７の熱膨張係数に違いがあった方が良い結果になった原因は、点灯時の両者の温度差にある。点灯時に図３のＺ地点における外管７部分の温度と発光管部１１上部の温度を測定した場合、外管７は５５０〜６５０℃、発光管部１１上部は９００〜１０００℃であり、それらの温度差は２５０℃〜４５０℃にもなることが確認された。つまり、光束立ち上がりや発光効率を向上させるために高負荷で点灯される水銀を封入しないランプや熱効率を高めるために空間７３をアルゴン雰囲気にしたランプでは、点灯時に内外のガラスに大きな温度差が生じやすく、点灯時にはその温度差が原因でズレが生じる結果となったと考えることができる。
【００２４】
図５は、日本電球工業会に定められている自動車前照灯用メタルハライドランプの寿命試験条件であるＥＵ１２０分モードの点滅試験を１５００時間行なったときの歪の状態とクラック発生率を説明するための図である。ここで、「歪」は、金属箔２１、２２等が封着された封止部１２１、１２２部分付近に発生したものであり、歪検査器を用いて観測結果をもとに、×（悪）〜◎（良）の評価をしている。ここで、歪検査器とは、観察したいガラス部分の歪み分布によって発生する光路差を検出することで歪を判別する装置であり、鋭敏色抜を利用することで、鋭敏色視野の色調の変化から、圧縮方向、引っ張り方向などの応力やその強さを観測することができる。また、図５におけるランプ試験数はそれぞれ１０本である。
【００２５】
結果より、ａ２／ａ１≦１．２、およびａ２／ａ１≧１．６では封止部１２１、１２２に歪が強く発生しており、クラック発生率も高くなっているが、それ以外のａ２／ａ１では、歪が緩和され、それに伴いクラックの発生率も低くなっているのがわかる。したがって、１．２５≦ａ２／ａ１≦１．５５であれば歪およびクラックの発生率を効果的に抑制することができる。また、さらに好適には１．３≦ａ２／ａ１≦１．５であるのがよい。
【００２６】
ここで、クラックの発生メカニズムを次のように推測する。
【００２７】
極端な例として、気密容器１は熱膨張せず、外管７のみが大きく熱膨張する場合を考える。この場合、熱膨張すると、外管７が接合部７１、７２により気密容器１を無理やり外側に引っ張って広げようとする形になるので、気密容器１には引っ張り応力が加わり、歪が生じる。そして、この歪が強いときには、気密容器１の中で比較的強度が脆い封止部１２１、１２２が応力に耐え切れず、クラックが発生したのではないかと考えられる。反対に、外管７は一切熱膨張せず、気密容器１のみが熱膨張した場合でも、熱膨張すると、封止部１２１、１２２が接合部７１、７２により外管７を広げようとする形になるので、気密容器１に歪が生じ、その強さに応じて封止部１２１、１２２にクラックが生じることになる。なお、言うまでもないが、気密容器１と外管７とが熱によって均等に伸びる場合には、歪が生じることはないので、クラックは発生しない。
【００２８】
したがって、本実施の形態では、２重管型メタルハライドランプにおいて、封止部１２１、１２２の熱膨張係数ａ１と外管７の熱膨張係数ａ２との関係を、１．２５≦ａ２／ａ１≦１．５５とすることにより、気密容器１の歪を緩和し、封止部１２１、１２２にクラックが発生することを抑制できる。
【００２９】
また、外管７を、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、ＢａＯのうち少なくとも一種または複数の金属酸化物が添加される構成とすることにより、透過率を低下させることなく、人体に有害な紫外線を遮断する２重管型メタルハライドランプを提供することができる。
【００３０】
さらに、気密容器１と外管７との間に形成される空間７３を、真空状態またはガスが封入された状態にすることで、空間７３に水分を含みにくい構成とできるほか、例えばアルゴンを封入した場合には、発光効率の向上等が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の２重管型メタルハライドランプの第１の実施の形態について説明するための全体図。
【図２】本発明の気密容器と外管との接合関係について説明するための図。
【図３】図１の２重管型メタルハライドランプの仕様の例について説明するための拡大図。
【図４】図３のランプ仕様において、封止部と外管の熱膨張係数の比ａ２／ａ１を変化させたとき伸び量の差を説明するための図。
【図５】ＥＵ１２０分モードの点滅試験を１５００時間行なったときの歪の状態とクラック発生率を説明するための図。
【符号の説明】
【００３２】
１  気密容器
１１  発光管部
１２１、１２２  封止部
１３  放電空間
２１、２２  金属箔
３１、３２  電極
４１、４２  外部リード線
５  給電端子
６  絶縁チューブ
７  外管
７１、７２  接合部
７３  空間
８  ソケット
９  固定金属具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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